(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と第２部材とを相対的に回動可能に装着し、回動角度によってその回動トルクが変化するヒンジ装置において、
第１部材と、
他端部が第２部材に固定されており、一端部が第１部材に回動可能に取り付けられている軸部と、
第１部材に固定される第１カムと、
第１カムと凹凸が噛み合うように形成され、前記軸部に固定されて軸部と共に回動可能な、第１カムと同径の第２カムと、
第２カムを第１カムに圧接させるべく、前記軸部を貫通して配置され、第１カム及び第２カムと同径の複数枚の皿バネとを具備し、
前記第１カム及び前記第２カムは、何れか一方に凹部が形成され、他方に前記凹部に進入可能な凸部が形成され、
前記凹部の側壁であって、前記凹部から前記凸部が離脱する側は、凸部が徐々に離脱するようにテーパ状に形成されており、
各前記皿バネは、低い圧力で変形する第１の皿バネと、高い圧力で変形する第２の皿バネとを含み、
前記第１カム及び前記第２カムの凹凸がはまりあっているときは、各前記皿バネのうち低い圧力で変形する第１の皿バネが変形して前記第２カムに対して低い荷重をかけて第１カムが回動可能であり、
前記軸部を回動させて前記第１カム及び前記第２カムの凹凸においていずれかに形成された凸部が他方に形成された凹部以外の箇所に乗り上げると、低い圧力で変形する第１の皿バネは圧縮されて平ワッシャと同じ状態となり、高い圧力で変形する第２の皿バネが変形して前記第２カムに対して高い荷重をかけて第１カムが回動可能であり、
前記第１カム及び前記第２カムの凹凸においていずれかに形成された凸部が他方に形成された凹部以外の箇所に乗り上げる前に凸部がテーパ上の部位に乗り上げることで、前記第２カムに対して徐々に高い荷重をかけて第１カムが回動可能であることを特徴とするヒンジ装置。
【請求項２】
前記第１の皿バネは１枚、前記第２の皿バネは２枚設けられていることを特徴とする請求項１記載のヒンジ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回動角度によって回動時のトルクが変化するように設けたヒンジ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
乗用車やその他の移動手段において、ディスプレイ装置が車内に配置されることがある。例えば、乗用車用のディスプレイ装置としては、天井面等に配置されることが多い。
図１０に示すように、映像を視聴しないときには、ディスプレイ装置は天井に収納されて閉じており、視聴するときには、水平方向に延びるように設けられた回動軸を中心にディスプレイ装置を回動させて開き、見やすい角度になるまで回動軸を中心に回動させることができる。
【０００３】
このようなディスプレイ装置の回動軸には、以下のような動作が必要なヒンジ装置が採用される。
まず、ディスプレイ装置が閉じた状態から３０°程度まで回動するまでは、ディスプレイ装置を天井面に固定している固定手段を解除すれば、自重により回動する程度の極めて弱いトルクであればよい。３０°程度までディスプレイ装置が開けば、あとはユーザが手で調整できるためである。
次に、ディスプレイ装置が９０°程度まで回動するまでは、手で容易に回動可能となるような弱いトルクが必要である。９０°未満ではディスプレイは見にくいので、９０°程度まではユーザが一気に回動させて９０°までの間で細かい角度の調整をすることはあまり想定できないためである。
【０００４】
次に、ディスプレイ装置が９０°程度から１２０°程度までに回動までは高いトルクが必要とされる。実際にユーザが視聴する場合のディスプレイ装置の角度としてはこの範囲であることが想定され、ユーザが見やすい角度まで回動させた後は、車内の振動によって角度が変わってしまわないよう、ユーザが回動させた角度で停止していることが求められるためである。
【０００５】
上述してきたように、回動角度によってトルクが変化するようなヒンジ装置としては、特許文献１に示すような構成が従来より知られている。
図１１に示すように、特許文献１に記載されたヒンジ装置によれば、ベース部材２に対して軸部材４が回動可能に取り付けられており、軸部材４にはアーム部５Ａを有する制動部材５が軸部材４と一体に回動するように取り付けられている。また、制動部材５は、皿バネ６によってベース部材２に圧接されている。
皿バネ６は、平ワッシャ７及びナット８によって軸部材４に固定される。
【０００６】
制動部材５のアーム部５Ａには、ベース部材２の表面に形成された円弧状の溝１１内で摺動するような突起９が形成されている。
また、ベース部材２の円弧状の溝１１と同心円弧上には、突起９が入り込むことができる窪み１０も形成されている。
【０００７】
このようなヒンジ装置において、軸部材４を回動させると、制動部材５の突起９が溝１１内で移動しているときは低トルクであり、そして軸部材４の回動によって突起９が溝１１から出てベース部材２の通常の表面に当接しているときは高トルクとなる。
また、制動部材５の突起９が窪み１０内に入り込んで、その窪みから出るときには、そのときの抵抗力によってクリック感を生じさせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−５６５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のヒンジ装置においては、制動部材のアーム部に突起を形成しており、この突起とベース部材の表面形状とでトルクを変化させるようにしていた。
しかし、このような構成によれば、皿バネや、皿バネを止める平ワッシャと比較して、ベース部材及び制動部材が大きな径になってしまうため、スペース的に無駄が大きいという課題がある。
また、従来のヒンジ装置では、制動部材等の高精度の部品を使用しなくてはならない。高精度部品を使用すると、高コストになりまた製造にも手間がかかるという課題もある。
【００１０】
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、回転スペースの小径化を図れ、且つ高精度部品を使用しなくてもよいヒンジ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかるヒンジ装置によれば、第１部材と第２部材とを相対的に回動可能に装着し、回動角度によってその回動トルクが変化するヒンジ装置において、第１部材と、他端部が第２部材に固定されており、一端部が第１部材に回動可能に取り付けられている軸部と、第１部材に固定される第１カムと、第１カムと凹凸が噛み合うように形成され、前記軸部に固定されて軸部と共に回動可能な、第１カムと同径の第２カムと、第２カムを第１カムに圧接させるべく、前記軸部を貫通して配置され、第１カム及び第２カムと同径の複数枚の皿バネとを具備し、前記第１カム及び前記第２カムは、何れか一方に凹部が形成され、他方に前記凹部に進入可能な凸部が形成され、前記凹部の側壁であって、前記凹部から前記凸部が離脱する側は、凸部が徐々に離脱するようにテーパ状に形成されており、前記皿バネは、低い圧力で変形する第１の皿バネと、高い圧力で変形する第２の皿バネとを含み、前記第１カム及び前記第２カムの凹凸がはまりあっているときは、各前記皿バネのうち低い圧力で変形する第１の皿バネが変形して前記第２カムに対して低い荷重をかけて第１カムが回動可能であり、前記軸部を回動させて前記第１カム及び前記第２カムの凹凸においていずれかに形成された凸部が他方に形成された凹部以外の箇所に乗り上げると、低い圧力で変形する第１の皿バネは圧縮されて平ワッシャと同じ状態となり、高い圧力で変形する第２の皿バネが変形して前記第２カムに対して高い荷重をかけて第１カムが回動可能であり、前記第１カム及び前記第２カムの凹凸においていずれかに形成された凸部が他方に形成された凹部以外の箇所に乗り上げる前に凸部がテーパ上の部位に乗り上げることで、前記第２カムに対して徐々に高い荷重をかけて第１カムが回動可能であることを特徴としている。
この構成を採用することによって、異なる圧力で変形する（その厚さが異なる）複数の皿バネを用いることにより、回動角度によってその回動トルクが変化するヒンジ装置を構成することができる。したがって、従来のヒンジ装置のように大きなスペースを必要とすることなく、回転スペースを小さくすることができる。
また、凸部がテーパ状に形成された部位に乗り上げていくことで、徐々に皿バネによる押圧力が大きくなるため、低トルクから高トルクへの切り換え時に、回動トルクを急激に上げることなく、徐々に上げることができる。
【００１３】
また、前記第１カム及び前記第２カムは、何れか一方に凹部が形成され、他方に前記凹部に進入可能な凸部が形成され、前記凹部の側壁であって、前記凹部から前記凸部が離脱する側は、凸部が徐々に離脱するようにテーパ状に形成されていることを特徴としてもよい。
このような構成によれば、凸部がテーパ状に形成された部位に乗り上げていくことで、徐々に皿バネによる押圧力が大きくなるため、低トルクから高トルクへの切り換え時に、回動トルクを急激に上げることなく、徐々に上げることができる。
【００１４】
さらに、前記第１の皿バネは１枚、前記第２の皿バネは２枚設けられていることを特徴としてもよい。
このようにして回動時に必要なトルクに合わせ、皿バネの枚数を調整すれば所望のトルクを出すことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかるヒンジ装置によれば、従来のヒンジ装置のように大きなスペースを必要とすることなく、回転スペースを小さくすることができ、また高精度部品を使用しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ヒンジ装置の外観構成を示す斜視図である。
【図２】図１のヒンジ装置の分解図である。
【図３】各カム部及び各皿バネの配置を側面からみた説明図である。
【図４】第２カムの凸部が第１カムの凹部に入り込んで低いトルクで回動する場合の状況を説明する説明図である。
【図５】第２カムの凸部がテーパ面に乗り上げて徐々にトルクが高くなるところを示す説明図である。
【図６】第２カムの凸部が第１カムの凹部から抜け出て、高いトルクで回動するところを示す説明図である。
【図７】低い圧力で変形する皿バネ（低荷重皿バネ）においてバネのたわみ量とバネ荷重との関係を示すグラフである。
【図８】高い圧力で変形する皿バネ（高荷重皿バネ）においてバネのたわみ量とバネ荷重との関係を示すグラフである。
【図９】本実施形態のように低い圧力で変形する皿バネ（低荷重皿バネ）と高い圧力で変形する皿バネ（高荷重皿バネ）を積層した場合においてバネのたわみ量とバネ荷重との関係を示すグラフである。
【図１０】乗用車用のディスプレイ装置を側面から見た説明図である。
【図１１】従来の回動角度によって回動トルクが異なるようにしたヒンジ装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係るヒンジ装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１には、ヒンジ装置の外観構成を示し、図２には図１のヒンジ装置の分解図を示している。
ヒンジ装置３０は、第１部材２０と第２部材（図示せず）とが相対的に回動可能となっている構成であって、且つ回動角度によって回動トルクが変化するように設けられている。
【００１８】
第１部材２０と、図示しない第２部材とは軸部２２によって連結されている。軸部２２の一方の端部２２ａは、第１部材２０に回動可能となるように取り付けられている。軸部２２の他方の端部２２ｂは、第２部材に取り付けられる側であって、ここでは後述する複数の皿バネを、第１部材２０側に押圧させておくための押さえ部として、各皿バネよりも大径のフランジ部２２ｂが形成されている。
【００１９】
軸部２２の一方の端部２２ａには、軸部２２を第１部材２０から抜け止めするためのかしめ部材４０が取り付けられる。かしめ部材４０は、軸部２２の断面形状と同一形状の貫通穴４６が形成されている。第１部材２０を貫通して突出した軸部２２の一方の端部２２ａは、かしめ部材４０の貫通穴４６内に挿入され、かしめによって軸部２２とかしめ部材４０とが固定される。
【００２０】
なお、第１部材２０は、取り付ける機器の構造に応じてどのような形状であってもよいが、本実施形態では、軸部２２が垂直に取り付けられる平面状の平面部２３と、平面部２３に対して垂直に立ち上げられている固定部２５とを有している。固定部２５には固定用の穴２７が形成されている。
また、第１部材２０の平面部２３には、軸部２２の一方の端部２２ａを貫通させると共に後述する第１カム２８の固定部２９を固定するために形成された固定穴３１が形成されている。
【００２１】
軸部２２には、第１部材２０に固定されて回動しない第１カム２８と、第１カム２８と凹凸が噛み合う第２カム３２とが設けられている。第１カム２８及び第２カム３２のそれぞれは、中心に軸部２２を貫通させるための貫通穴２８ａ，３２ａが形成されている。
また、上記のように第１カム２８の第１部材２０に対向する側（図面上方側）は、第１部材２０の固定穴３１にはめ込まれる固定部２９となっている。固定部２９及び固定穴３１は円形ではなく直線部分を有している同一形状となっているので、固定穴３１内に挿入された固定部２９は回転することなく、第１部材２０に固定される。
【００２２】
第２カム３２の第２部材側（図面下方側）には、複数枚の皿バネが配置される。本実施形態では、第２カム３２の第２部材側面（図面下方側）に接する位置に、低い圧力で変形する第１の皿バネ３４（低荷重皿バネ）が１枚配置され、第１の皿バネ３４の第２部材側面（図面下方側）に高い圧力で変形する第２の皿バネ３６（高荷重皿バネ）が４枚配置される。
第１の皿バネ３４及び第２の皿バネ３６のそれぞれは、中心に軸部２２を貫通させるための貫通穴３４ａ，３６ａが形成されている。
【００２３】
次に、図３〜図６に、第１カム２８、第２カム３２、第１の皿バネ３４及び第２の皿バネ３６が軸部２２に沿って配置された側面を示す。なお、これらの図面においては、実際の皿バネはもっと厚さが厚いものであるが、図面上では薄いもので図示している。
なお、本実施形態では、第１カム２８、第２カム３２、第１の皿バネ３４及び第２の皿バネ３６は全て同じ直径である。したがって、大きなスペースを必要とすることなく、回転スペースを小さくすることができるヒンジ装置３０を構成することが可能である。本発明では、このスペース内で回動角度によって回動トルクを変化させることができる。
ただし、必ずしも第１カム２８、第２カム３２、第１の皿バネ３４及び第２の皿バネ３６が同じ直径である必要はないが、少なくとも第１カム２８及び第２カム３２の直径が、第１の皿バネ３４及び第２の皿バネ３６の直径以上となっていることは必要である。
【００２４】
第１カム２８と第２カム３２の構造について説明する。
第１カム２８の第２カム３２側（図面下方）には、第１部材２０方向（図面上方）に向かって凹む凹部３９が形成されている。凹部３９を形成する周囲の壁面は、垂直に形成されている垂直面４５と、第２カム３２方向（図面下方）に向けて徐々に凹部３９が広がる方向に傾斜するテーパ面４１とが形成されている。
第２カム３２の第１カム２８側（図面上方）には、第１カム２８の凹部３９に進入するように第１カム２８方向に突出する凸部４２が形成されている。凸部４２の突出長さは、凸部４２が凹部３９に入り込んだ時に、凸部４２の上面４２ａが、凹部３９の下面３９ａに当接する程度の長さである。また、凸部４２の高さは、第１カム２８の底面と第２カム３２の上面とが当接しないような高さが必要である。
【００２５】
次に皿バネについて説明する。
第２カム３２の第２部材側（図面下方）に配置されている皿バネのうち、第２カム３２に最も近い位置に配置されている皿バネは、低い圧力で変形する第１の皿バネ３４である。
一般的に皿バネは薄い円盤状の板材であって、側面視すると軸部２２を貫通させる貫通穴の周囲は平面状であるが、その周囲は中心方向に向かって傾斜して形成されている。この傾斜により、皿バネに圧力をかけると傾斜部分の弾性力により、接触している部分に対して所定の圧力をかけることができる。
低い圧力で変形する第１の皿バネ３４は、その厚さが第２の皿バネ３６と比較して薄く形成されているので、第２の皿バネ３６よりも低い圧力で変形し、低い圧力がかかったときには対象物に対して圧力をかけることができる。
【００２６】
第１の皿バネ３４の第２部材側（図面下方）には、高い圧力で変形する第２の皿バネ３６が４枚重ねて配置されている。
各第２の皿バネ３６は、その厚さが第１の皿バネ３４と比較して厚く形成されているので、第１の皿バネ３４よりも高い圧力を付加しないと変形しない。
本実施形態では、第２の皿バネ３６は４枚重ねて配置されているが、その傾斜の向きが互い違いとなるように配置されている。すなわち、４枚の第２の皿バネ３６は、第１の皿バネ３４側から順に、上方に凹となるように配置された第２の皿バネ３６ａ、下方に凹となるように配置された第２の皿バネ３６ｂ、上方に凹となるように配置された第２の皿バネ３６ｃ、下方に凹となるように配置された第２の皿バネ３６ｄとから構成される。
【００２７】
図４〜図６においては、軸部２２に対して第１部材２０を相対的に回動させたところを示す。
図４では、第１カム２８の凹部３９内に、第２カム３２の凸部４２が完全に収納されている所を示している。この状態で、第１カム２８が図面右方向に回動すると、第２カム３２の凸部４２の上面４２ａが凹部３９の下面３９ａに接する範囲内（範囲ａ内）で回動する。この状態においては、軸部２２のフランジ部２２ｂと第２カム３２との間で各皿バネ３４，３６が配列方向に圧縮されるが、第１の皿バネ３４のみが変形して圧力を生じさせ、４枚の第２の皿バネ３６は変形せずに圧力を生じさせないように、設けられている。このときの回動トルクは低トルクであって、その大きさは一定である。
【００２８】
そして、図５に示すように、第１カム２８が回動して、第２カム３２の凸部４２が、第１カム２８の凹部３９内のテーパ面４１に当接すると、凸部４２はテーパ面４１に乗り上げる。すると、テーパ面４１の傾斜に沿って徐々に第２カム３２が各皿バネ３４，３６をフランジ部２２ｂとの間で圧縮しつつ、フランジ部２２ｂ方向に接近する方向に移動する（矢印ｂ）。
すると、低い圧力で変形する第１の皿バネ３４が傾斜部分が平面状になるように変形していき、この変形に伴う圧力を生じさせる。このときの回動トルクは第１の皿バネ３４の作用に伴うものであって、回動角度に応じて徐々に大きいトルクとはなるが、トルクの大きさの変化量は小さい。
このように、低トルクから高トルクへの切り換え時に徐々にトルクが大きくなるように構成したことで、トルクの大きさを急激に上げることなく、徐々に上げることができ、高トルクへの移行時における違和感を解消することができる。
【００２９】
次に、図６に示すように、第１カム２８がさらに回動すると、第２カム３２の凸部４２が、第１カム２８の凹部から抜け出て第１カム２８の底面２８ｂに接触する。すると、第２カム３２が各皿バネ３４，３６をさらに押圧し、第１の皿バネ３４は傾斜部分が完全に平面状となる。この状態以降、第１の皿バネ３４をさらに押圧してもこれ以上変形せず、単なるワッシャの状態のままとなる。
第１の皿バネ３４が平面状に変形してこれ以上変形しない場合、第２カム３２は各第２の皿バネ３６を変形させる。
各第２の皿バネ３６は、第２カム３２に押圧されて配列方向に圧縮されて変形し、この変形に伴う圧力を生じさせる。このときの回動トルクは第２の皿バネ３６の作用に伴うものであって、高トルクであって、その大きさは一定である。
【００３０】
次に、図７〜図８に、第１の皿バネ３４と第２の皿バネ３６を押圧したときの、バネのたわみ量とバネ荷重との関係について示す。なお、バネ荷重が大きくなるほど回動トルクが大きくなる。
第１の皿バネ３４を押圧していくと、たわみ量とバネ荷重との関係は、比例関係となり、たわみ量が増加するほどバネ荷重も直線的に増加する。
一方、第２の皿バネ３６を押圧していくと、たわみ量とバネ荷重との関係は、比例関係となるが、第１の皿バネ３４と比較して傾きが大きい直線となる。
【００３１】
図９には、本実施形態における回動角度とバネ荷重との関係を示す。
まず図４の状態では、第２カム３２の凸部４２が、第１カム２８の凹部３９内にはまり込んでいる状態で回動した場合であって、第１の皿バネ３４のバネ荷重のみが作用し、バネ荷重は一定である。
【００３２】
そして、図５の状態のように、第２カム３２の凸部４２が、第１カム２８のテーパ面４１に乗り上げた状態で回動した場合、第１の皿バネ３４が徐々に潰れていき、バネ荷重は回動角度に対して直線的に増加する。
そして、図６の状態のように、第２カム３２の凸部４２が、第１カム２８の底面２８ａに当接した状態で回動した場合、第１の皿バネ３４は単なるワッシャとなり、第２の皿バネ３６のバネ荷重のみが作用し、バネ荷重は一定である。
このように、本実施形態では、第１部材２０と第２部材とを相対的に回動させたとき、ある回動位置までは回動時の操作荷重が一定の低い荷重であり、またこの回動位置から更に回動させると徐々に回動時の操作荷重が高くなり、次に一定の高い操作荷重となる。
【００３３】
なお、本実施形態では、第１の皿バネ３４を１枚、第２の皿バネ３６を４枚用い、その各第２の皿バネ３６は傾斜方向が互い違いとなるように配置した。
しかし、本発明のヒンジ装置としては、このような構成に限定されるものではない。すなわち、第１の皿バネ３４及び第２の皿バネ３６の必要枚数は、回動時に必要とされるトルクに合わせて適宜変更することができる。また、第２の皿バネ３６の傾斜部分の配列方向も、傾斜方向が同じ向きとなるように配列させてもよい。
ただし、皿バネの傾斜方向を同じ向きとなるように配列させると、傾斜方向が互い違いとなるように配列させたときよりも、同じたわみ量でもバネ荷重が4倍となる。したがって、回動時に必要とされるトルクに合わせて皿バネの傾斜方向の配列を決定すればよい。
【００３４】
また、所定の回動角度となったときにクリック感をもたせるように構成してもよい（図示せず）。
クリック感をもたせるためには、第１カム２８及び第２カム３２の互いに接触する箇所に、凹凸嵌合する凹部及び凸部を設け、第１カム２８及び第２カム３２が相対的に所定角度となったときに、凹部内に凸部がはまり込むように構成すればよい。
【００３５】
また、本発明のヒンジ装置としては、乗用車用のディスプレイ装置に用いることに限定するものではなく、回動角度に応じてトルクが変化するような機器であればどのような機器であっても採用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
２０  第１部材
２２  軸部
２３  平面部
２５  固定部
２７  固定用の穴
２８  第１カム
２９  固定部
３０  ヒンジ装置
３１  固定穴
３２  第２カム
３４  第１の皿バネ
３６  第２の皿バネ
３９  凹部
４０  かしめ部材
４１  テーパ面
４２  凸部
４５  垂直面
４６  貫通穴
【図３】
0005816467.tif 000002
【図４】
0005816467.tif 000003
【図５】
0005816467.tif 000004
【図６】
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【図９】
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【図１１】
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【図１】
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【図２】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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